Компјутерска архитектура

Компјутерска архитектура ги означува составните делови на компјутерот и нивната меѓусебна поврзаност во функционална целина.

Компјутер – особини

•  брзина
•  способност за паметење
•  автоматска обработка
•  точност

се дефинира поимот компјутер –?????

Секој компјутерски систем овозможува влез на податоци, нивна обработка и зачувување и/или приказ на резултатите

 

Вака функционира секој систем , што значи дека секој компјутерски систем мора да има

• процесор – за обработка на податоци
• внатрешна меморија во која се зачувуваат податоците кои се предмет на обработка
• влезно /излезни уреди

Сите основни уреди треба да бидат мегусебно поврзани 

Теоретските основи на компјутерската архитектура ги поставил американскиот математичар Џон фон Нојман (John von Neuman  математичар, роден во Унгарија, живеел и работел во САД ) во1945-та година врз основа на следниве принципи:  

• структурата, односно градбата на компјутерот не зависи од задачата која на него се извршува; 
• компјутерот мора да има способност да меморира инструкции; инструкциите и податоците се меморираат на ист начин во иста единица наречена меморија; 
• инструкциите се извршуваат редоследно и во еден момент може да се изврши само една инструкција.

Фон – Нојманов логички модел ( 5 елементи)

- меморија
- аритметичко логичка единица
- управувачка единица
- влез
- излез

 

управувачка – управува  - ја контролира и синхронизира работата на процесорот со работата на останатите единици на ПЦ

аритметичко – логичка – ги извршува сите аритметички и логички операции

внатрешна (оперативна) меморија – ги содржи податоците и инструкциите кои непосредно му се потребни на процесорот во процесот на обработка. Има својство да ги прима, чува и да ги предаде  податоците на останатите единици. Изградена е од електронски мемориски клетки (ќелии). Доколку во ќелијата има напон (електрична струја)  таа претставува 1, ако нема 0

влезни единици - обезбедувааат внес на податоци и задавање инструкции на компјутерот 

излени единици - обезбедувааат приказ на резултатите од оработката 

Фон Нојман ја проектирал  идејата за компјутерската архитектура по аналогија на нервниот систем на човекот.

Принцип на работа

Сите компјутери функционираат на ист принцип, обработка на дигитални податоци (податоци претставени во бинарна форма )  Обработката се врши во процесорот кој се состои од голем број логички кола. Основа на логичките кола е електронската компонента – транзистор. Денешните компјутери содржат милиони транзистори Операциите кои процесорот треба да ги реализира се дефинираат со инструкции  (креирање излезни податоци на основа на влезни податоци и инструкции), што значи дека процесорот разликува податоци и инструкции 

Архитектурата на современиот компјутерски систем  е слична на архитектурата на Фон Нојман. Современите компјутери ги содржи сите компоненти ( процесор, меморија, надворешни уреди (хард диск, печатач, монитор, аудио уреди), лезни и излезни единии, конролери кои овозможуваат комуникација со наведените уреди ),  истите реализирани со примена на најновите научни откритија, материјали и техногогии.

                 

Разликата  со Фон нојмановата архитектура е што периферните уреди можат да комуницираат и да пристапуваат кон податоците во меморијата директно преку контролери на меморија. Поради фактот што повеќе уреди можат да пристапат до меморијата потребно е постоење на контролер на меморија кои врши синхронизација на пристапот.

 Главни  делови  на CPU се АЛЕ  и управувачка единица (control unit).

  – АЛЕ се состои од аритметичко логичка единица и единици за меморирање ( регистри) кои  преку податочна магистрала се поврзани со меморијата

 – Компонентите на CPU извршуваат низа од операции во зависност од сигналите генерирани од управувачката единица

Начин на поврзување и комуникација меѓу основните делови на компјутерот: 

Врските помеѓу сите делови на компјутерот се остваруваат преку комуникациски линии кои се нарекуваат магистрали.

Магистрала (bus) е електричен пат меѓу уреди Постојат интерни магистрали за пренос на податоци до и од ALU и екстерни магистрали за поврзување на CPU со меморијата и В/И уредите.

Магистрала е целина од жици кои истовремено пренесуваат по еден бит по секоја линија Постојат неколку видови магистрали

• податочни
• контролни ( управувачки )
• адресни

Податочните (data bus) пренесуваат битови од еден уред на друг
Контролните (control bus) го одредуваат правецот на податочниот тек и кога некој уред може да има пристап до магистралата
Адресните (address bus) ја одредуваат локацијата на изворот и дестинацијата на податоците

 Функционална шема на компјутер

 

Црвените линии претставуваат  пат на контролните сигнали, додека со зелените линии е прикажан патот на податоците  

  Претставување и меморирање на податоци

Како се претставени податоците кај машината, а како кај човекот? Кој е јазикот кој го разбира и со кој комуницира човекот? Како се комуницира со компјутерот?

Запиши ги своите размислувања

човек	компјутер

Основниот елемент од кој се изградени електронските делови на компјутерите е транзисторот кој може да биде во две состојби – вклучен или исклучен. Овие две состојби се моделираат со цифрите 0 и1. Со 0 се означува дека не тече струја, додека со 1 се означува дека има струја во елементот. Заради оваа особина на транзисторите, сите податоци и инструкции во компјутерот се претставуваат со како записи составени од нули и единици (бинарни записи). Бројниот систем кој за основа ги има цифриte 0 и 1  се нарекува бинарен броен систем, а цифрите 0 и 1 се нарекуваат бинарни цифри. Меморијата се состои од ќелии, во една ќелија може да се зачува само една бинарна цифра. Ова е најмало количество на информација кое може да се запомни во меморија и се нарекува бит (bit=binary digit). Битот може да има вредност 0 или 1. Битовите се групираат во низа од 8 битови кои се нарекуваат бајт (byte).Со еден бајт може да се претстави една цифра,една буква или еден знак. Бит се означува со b,а бајт соB.

Во внатрешната меморија постојат различни локации за чување на различни видови податоци и инструкции. Секоја локација во меморијата има своја единствена адреса со што се овозможува користење токму на саканите податоци. На тој начин, процесорот може да пристапи и да преземе потребен податок. Кога во некоја мемориска локација (адреса) ќе се запише некоја содржина, нејзината претходна содржина се губи. 

Капацитетот на меморијата се изразува со бајти, односно со поголеми единици 

килобајт(1KB=1024B),
мегабајт (1MB =1024KB),
гигабајт(1GB =1024MB),
терабајт(1TB=1024GB) итн.

Одговори на прашањата:

На која начин се претставуваат податоците во компјутерот: Зошто?

Што е бит, а што бајт?

1 km=1000m.  Зошто 1KB = 1024 B, a ne 1000 B

Колку B се потребни за да го запишеш своето име во компјутер

Што е точно ?             

  a.  1420 MB < 1KB                    v.  1420 MB = 1 GB    

  b. 1420 MB  > 1 TB                    g.  1420 MB > 1 GB

  Пополни

              15 GB = _______________________ B

               1 MB = ________________________ b

               5 B =    ________________________ KB

1 km=1000m.  Зошто 1KB = 1024 B, a ne 1000 B

Колку B се потребни за да го запишеш своето име во компјутер 

За дома : 

Прашања страна 9-10